Hispanopedia WikiLa oxidación con dioxiranos se refiere a la introducción de oxígeno en sustratos orgánicos mediante dioxiranos . Los dioxiranos son bien conocidos por sus epoxidaciones (síntesis de epóxidos a partir de alquenos ). [ 1 ] Los dioxiranos oxidan otras funcionalidades insaturadas, heteroátomos y enlaces CH de alcanos. [ 2 ] Los dioxiranos son oxidantes libres de metales.
Epoxidaciones
Los dioxiranos son oxidantes electrófilos que reaccionan más rápidamente con enlaces dobles ricos en electrones que con enlaces dobles pobres en electrones; sin embargo, ambas clases de sustratos pueden epoxidarse en un tiempo razonable. El mecanismo de epoxidación con dioxiranos probablemente implica una transferencia concertada de oxígeno a través de un estado de transición espiro . A medida que ocurre la transferencia de oxígeno, el plano del oxirano es perpendicular al plano del sistema pi del alqueno y lo biseca. La configuración del alqueno se mantiene en el producto, lo que descarta la formación de intermedios radicales de larga duración. Además, el estado de transición espiro se ha utilizado para explicar la selectividad en epoxidaciones enantioselectivas con cetonas quirales. [ 1 ]
La epoxidación diastereoselectiva puede lograrse mediante el uso de materiales de partida de alquenos con caras diastereotópicas. Cuando el 3-isopropilciclohexeno racémico se sometió a oxidación con DMD, el epóxido trans , que resultó del ataque a la cara menos impedida del doble enlace, fue el producto mayoritario. [ 1 ]
Las epoxidaciones de enlaces dobles ricos en electrones producen intermedios de oxidación de Rubottom . Tras la hidrólisis, estos siloxiepóxidos producen α-hidroxicetonas. [ 1 ]
Los enlaces dobles deficientes en electrones tardan mucho más en epoxidarse. Se puede utilizar calentamiento para favorecer la oxidación, aunque la temperatura de reacción nunca debe superar los 50 °C, para evitar la descomposición del dioxirano [ 1 ].
Los alquenos unidos tanto a grupos electroatractores como electrodonadores tienden a comportarse como los primeros, requiriendo largos tiempos de oxidación y, ocasionalmente, algo de calentamiento. Al igual que los epóxidos deficientes en electrones, los productos epóxido derivados de esta clase de sustratos suelen ser estables frente a la hidrólisis. [ 3 ]
En sustratos que contienen múltiples enlaces dobles, el enlace doble más rico en electrones tiende a epoxidarse primero. [ 4 ]
Las epoxidaciones que emplean oxona acuosa y una cantidad catalítica de cetona son convenientes si se debe utilizar un dioxirano especializado (como en aplicaciones asimétricas) o si el aislamiento del dioxirano resulta inconveniente. La descomposición hidrolítica del producto de epoxidación puede aprovecharse considerablemente. [ 5 ]
La epoxidación DMD diastereoselectiva de una cetona insaturada quiral se aplicó a la síntesis de verrucosan-2β-ol. [ 6 ]
La epoxidación enantioselectiva de dioxirano es fundamental en una secuencia sintética que conduce a un análogo de glabrescol. La secuencia produjo el análogo de glabrescol con un rendimiento global del 31 % en solo dos pasos. [ 7 ]
Comparación con otros métodos
La epoxidación de dioxirano se compara favorablemente con las oxidaciones de perácidos relacionadas. Los perácidos generan subproductos ácidos, lo que significa que deben evitarse los sustratos y productos lábiles al ácido. [ 8 ]
Algunos métodos son adecuados para la oxidación de enlaces dobles ricos o pobres en electrones, pero pocos son tan efectivos para ambas clases de sustrato como los dioxiranos. Las condiciones de Weitz-Scheffer (NaOCl, H₂O₂ / KOH , tBuO₂H / KOH) funcionan bien para la oxidación de enlaces dobles pobres en electrones, [ 9 ] y las oxaziridinas sustituidas con sulfonilo son efectivas para enlaces dobles ricos en electrones. [ 10 ]
Los oxidantes basados en metales suelen ser más eficientes que las oxidaciones con dioxirano en el modo catalítico; sin embargo, generalmente generan subproductos perjudiciales para el medio ambiente. En el ámbito de los métodos asimétricos, tanto la epoxidación de Sharpless [ 11 ] como la de Jacobsen [ 12 ] superan a las oxidaciones asimétricas con dioxirano en enantioselectividad. Además, las epoxidaciones enzimáticas son más enantioselectivas que los métodos basados en dioxirano; sin embargo, estos métodos suelen presentar dificultades operativas y bajos rendimientos. [ 13 ]
Epoxidaciones asimétricas con dioxiranos
Las cetonas quirales reaccionan con oxona para dar dioxiranos quirales. Este hecho sustenta las epoxidaciones enantioselectivas. [ 14 ] Una implementación popular es la epoxidación de Shi , que utiliza una cetona quiral derivada de la fructosa.
Consideraciones prácticas
Los dioxiranos pueden prepararse y aislarse o generarse in situ a partir de cetonas y peroximonosulfato de potasio ( Oxone ). Las preparaciones in situ pueden ser catalíticas en presencia de cetonas. La compatibilidad de los dioxiranos con otros grupos funcionales es algo limitada, ya que las oxidaciones secundarias de aminas y sulfuros son rápidas. La oxidación de Baeyer-Villiger puede competir con la formación de dioxiranos.
El dioxirano en sí (CH₂O₂ ) no es útil. En su lugar, se suelen emplear los dioxiranos sustituidos dimetildioxirano (DMD) y metil(trifluorometil)dioxirano (TFD) para la síntesis.
DMD y TFD pueden generarse in situ utilizando material de vidrio convencional con un sistema bifásico que consiste en una solución acuosa tamponada de oxona y una solución de sustrato en un disolvente orgánico. Este sistema bifásico es necesario ya que la oxona es insoluble en disolventes orgánicos. A menudo se emplean agitación mecánica y/o disolventes orgánicos polares como la acetona . [ 15 ]
La sal KHSO₅ se suele denominar oxona, pero no son lo mismo. Oxona se refiere a la sal triple 2KHSO₅ · KHSO₄ · K₂SO₄ , que es más estable que el KHSO₅ . [ 16 ]
Las epoxidaciones con dioxirano aislado (p. ej., DMD o TFD) evitan la necesidad de tampón acuoso. Los dioxiranos volátiles DMD y TFD pueden aislarse por destilación. Una vez aislados, los dioxiranos pueden conservarse en soluciones de las cetonas correspondientes y secarse con tamices moleculares . Estas soluciones son adecuadas cuando los sustratos o productos son sensibles a la hidrólisis. [ 17 ] Sin embargo, las oxidaciones catalíticas con dioxirano sí requieren agua.
Otras oxidaciones con dioxiranos
Los dioxiranos oxidan una amplia variedad de grupos funcionales, produciendo epóxidos u otros productos oxidados. [ 2 ] La oxidación de alenos produce dióxidos de aleno o productos de participación intramolecular. [ 2 ] (6)
Las oxidaciones de compuestos heteroaromáticos pueden depender de las condiciones. Así, a bajas temperaturas, los indoles acetilados se epoxidan fácilmente con alto rendimiento (los indoles no protegidos sufren N-oxidación). Sin embargo, cuando la temperatura se eleva a 0 °C, se obtienen productos de transposición. [ 2 ]
(7)
El DMD puede oxidar heteroátomos a los óxidos correspondientes (o productos de descomposición de óxidos). A menudo, los resultados de estas oxidaciones dependen de las condiciones de reacción. Las aminas terciarias dan limpiamente los N-óxidos correspondientes. [ 2 ] Las aminas primarias dan nitroalcanos al ser tratadas con 4 equivalentes de DMD, pero compuestos azoxi al ser tratadas con solo 2 equivalentes. [ 2 ] Las aminas secundarias dan hidroxilaminas o nitronas. [ 2 ]
(8)
La oxidación de sulfuro en presencia de un solo equivalente de DMD produce sulfóxidos. [ 2 ] Al aumentar la cantidad de DMD utilizada (dos o más equivalentes), se forman sulfonas. Tanto el nitrógeno como el azufre son más susceptibles a la oxidación que los enlaces múltiples carbono-carbono.
(10)
Aunque los alcanos suelen ser difíciles de funcionalizar directamente, la inserción de CH con TFD es un proceso eficiente en muchos casos. El orden de reactividad de los enlaces CH es: alílico > bencílico > terciario > secundario > primario. A menudo, los alcoholes intermedios producidos se oxidan posteriormente a compuestos carbonílicos, aunque esto puede evitarse atrapando in situ con un anhídrido. Los alcanos quirales se funcionalizan con retención de la configuración. [ 2 ]
(11)
Los dioxiranos oxidan los alcoholes primarios a aldehído o ácido carboxílico; sin embargo, el DMD oxida selectivamente los alcoholes secundarios sobre los primarios. Por lo tanto, los dioles vecinales pueden transformarse en α-hidroxicetonas mediante oxidación con dioxirano. [ 2 ]
(12)
La epoxidación suele ser más sencilla que la oxidación de CH, aunque los grupos alilo con impedimento estérico pueden sufrir una oxidación selectiva de CH en lugar de la epoxidación del doble enlace alílico. [ 2 ]
Comparación con reactivos de oxidación de heteroátomos
Se conocen diversos reactivos alternativos para la oxidación de heteroátomos, incluidos los peróxidos (que suelen emplearse con un catalizador de metal de transición) y las oxaziridinas . Estos reactivos no presentan los problemas de sobreoxidación y descomposición asociados a los dioxiranos. Sin embargo, su alcance de sustrato tiende a ser más limitado. Por otro lado, la descomposición nucleofílica de los dioxiranos a oxígeno singlete es un problema singular asociado a las oxidaciones de heteroátomos de dioxirano. Aunque los dioxiranos quirales no proporcionan los mismos niveles de enantioselectividad que otros protocolos, como el sistema de sulfoxidación de Kagan, [ 18 ] la complejación con un complejo de metal de transición quiral seguida de oxidación produce sulfóxidos ópticamente activos con buena enantioselectividad.
La oxidación de arenos y cumulenos conduce inicialmente a epóxidos. Estos sustratos son resistentes a muchos reactivos de epoxidación, incluyendo oxaziridinas, peróxido de hidrógeno y compuestos de oxo manganeso. Los oxidantes organometálicos también reaccionan lentamente con estos compuestos, con la excepción del metiltrioxorrenio . [ 19 ] Los perácidos también reaccionan con arenos y cumulenos, pero no pueden emplearse con sustratos que contengan grupos funcionales sensibles al ácido.
Referencias
- 1 2 3 4 5 Adam, W.; Saha-Moller, C.; Zhao, C.-G. (2004). "Epoxidación de alquenos con dioxirano". Org. React . 61 : 219. doi : 10.1002/0471264180.or061.02 .
- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Adam, W.; Zhao, C.-G.; Jakka, K. (2007). "Oxidaciones de dioxirano de compuestos distintos de los alquenos". Org. Reactions . 69 : 1. doi : 10.1002/0471264180.or069.01 .
- ^ Yang, D.; Wong, MK-K.; Sí, Y.-C. J. Org. Química. 1995 , 60 , 3887.
- ^ Messeguer, A.; Fusco, C.; Curci, R. Tetraedro 1993 , 49 , 6299.
- ↑ Dinamarca, SE; Forbes, DC; Hays, DS; DePue, JS; Wilde, RG J. Org. Chem. 1995 , 60 , 1391.
- ↑ Piers, E.; Boulet, SL Tetrahedron Lett. 1997 , 38 , 8815.
- ↑ Xiong, Z.; Corey, EJ J. Am. Chem. Soc. 2000 , 122 , 4831.
- ↑ Dryuk, VG Russ. Chem. Rev. 1985 , 54 , 986.
- ↑ Patai, S.; Rappoport, Z. En La química de los alquenos ; Patai, S., Ed.; Wiley: Nueva York, 1964, Vol. 1, págs. 512–517.
- ↑ Davis, FA; Sheppard, AC; Chen, B.-C.; Haque, MS J. Am. Chem. Soc. 1990 , 112 , 6679.
- ↑ Katsuki, T.; Martin, VS Org. React. 1996 , 48 , 1.
- ↑ Jacobsen, EN En Química Organometálica Integral II ; Abel, EW; Stone, FGA; Wilkinson, G.; Hegedus, LS, Eds.; Pergamon: Nueva York, 1995, Vol. 12, Capítulo 11.1, págs. 1097–1135.
- ^ Adán, W.; Lázaro, M.; Saha-Möller, CR; Weichold, O.; Hoch, U.; Häring, D.; Schreier P. En Avances en Ingeniería Bioquímica/Biotecnología ; Faber, K., Ed.; Springer Verlag: Heidelberg, 1999, vol. 63, págs. 73-108.
- ↑ Frohn, Michael; Shi, Yian (2000). "Epoxidación asimétrica de olefinas catalizada por cetonas quirales". Synthesis . 2000 (14): 1979–2000 . doi : 10.1055/s-2000-8715 .
- ↑ Murray, Robert W.; Singh, Megh (1997). "Síntesis de epóxidos utilizando dimetildioxirano: óxido de trans-estilbeno". Organic Syntheses . 74 : 91. doi : 10.15227/orgsyn.074.0091 .
- ↑ Crandall, Jack K.; Shi, Yian; Burke, Christopher P.; Buckley, Benjamin R. (2001). Enciclopedia de reactivos para síntesis orgánica . John Wiley & Sons, Ltd. doi : 10.1002/047084289x.rp246.pub3 . ISBN 978-0-470-84289-8.
- ^ Dinamarca, SE; Wu, ZJ Org. Química. 1998 , 63 , 2810.
- ^ Pitchen, P.; Dunach, E.; Deshmukh, MN; Kagan, HB J. Am. Química. Soc. 1984 , 106 , 8188.
- ↑ Adam, W.; Mitchell, CM; Saha-Möller, CR; Weichold, O. En Estructura y enlace, especies metal-oxo y metal-peroxo en oxidaciones catalíticas ; Meunier, B., Ed.; Springer Verlag: Berlín Heidelberg, 2000; Vol. 97, pp 237–285.
- Reacciones orgánicas